• No results found

Late Holocene climate and glacier fluctuations in the Cambria Icefield area, British Columbia Coast Mountains.

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Late Holocene climate and glacier fluctuations in the Cambria Icefield area, British Columbia Coast Mountains."

Copied!
104
0
0

Bezig met laden.... (Bekijk nu de volledige tekst)

Hele tekst

(1)

Late Holocene Climate and Glacier Fluctuations in the  

 

Cambria Icefield area, British Columbia Coast Mountains 

    by    Kate Johnson  BSc, Lancaster University, 2008    A Thesis Submitted in Partial Fulfillment  of the Requirements for the Degree of    MASTER OF SCIENCE  in the Department of Geography                           © Kate Johnson, 2010  University of Victoria    All rights reserved. This thesis may not be reproduced in whole or in part, by  photocopy or other means, without the permission of the author. 

(2)

Supervisory Committee 

     

Late Holocene Climate and Glacier Fluctuations in the Cambria Icefield 

area, British Columbia Coast Mountains 

  by    Kate Johnson  BSc, Lancaster University, 2008                                                  Supervisory Committee    Dr. Dan J. Smith, (Department of Geography)  Supervisor    Dr. Terri Lacourse (Department of Geography)  Departmental Member     

(3)

Abstract 

 

Supervisory Committee 

  Supervisor  Dr. Dan J. Smith, (Department of Geography)    epartmental Member  r. Terri Lacourse (Department of Geography)  D D       In the British Columbia Coast Mountains most dendroclimatological and  dendroglaciological studies have focused on developing insights from tree‐ring sites  located in the southern and central regions. By contrast relatively few studies have  been conducted in the northwestern Coast Mountains, where exploratory studies  reveal that significant climate‐radial growth relationships exist. The purpose of this  study was to develop a proxy record of climate change from tree rings and to  reconstruct the late Holocene glacial history of two outlet glaciers spilling eastward  from the Cambria Icefield.   Dendroclimate investigations were conducted using mountain hemlock  (Tsuga mertensiana) trees growing on three high‐elevation montane slopes. The  three stands located along a 35 km transect cross date to form a master chronology  for the region spanning 409 years (1596 to 2007 A.D.). Correlation analyses show  that the radial growth of the regional tree‐ring chronology corresponds to variations  in the mean June‐July‐August (JJA) air temperature. The relationship between the  two variables was used to reconstruct mean JJA air temperature from 1680 to 2007  A.D.). The reconstruction illustrates warm and cool intervals that are synchronous 

(4)

to those derived from other paleoenvironmental research in this region. The proxy  record also highlights annual to inter‐decadal climate variability likely resulting  from atmospheric‐ocean circulation patterns described by the El Niño‐Southern  Oscillation and the Pacific Decadal Oscillation.  The late Holocene behaviour of White and South Flat glaciers was  investigated using radiocarbon dating techniques, dendrochronological cross‐dating  techniques and geomorphological analysis of sedimentary units within the White  and South Flat glacier forefields. Evidence for a First Millennial Advance (FMA)  cumulating around 650 A.D. and early Little Ice Age (LIA) advances at 1200 and  1400 A.D. were documented. These advances are contemporaneous with the late  Holocene activity of glaciers throughout the region, suggesting coherent broad‐scale  climate forcing mechanisms have influence glacial mass balance regimes  over at  least the last two millennia.   The dendroclimatological and dendroglaciological findings of the study  provide the first annually‐resolved climate record for the region and help to  enhance our understanding of late‐Holocene glacier behaviour in the Cambria  Icefield Area. The thesis documents the complex interactions between climate and  the radial growth of mountain hemlock trees in the Pacific Northwest, and describes  the role that long‐term climate variability played in glacier dynamics during the  FMA and LIA.  

(5)

Table of Contents 

  Supervisory Committee ... ii  Table of Contents ... v Abstract ... iii  List of Tables ... vii   List of Figures ... viii  Acknowledgments ... xii  Chapter 1: Introduction ... 1  1.1 Introduction ... 1  1.2 Research Objectives ... 3   1.3 Thesis Format ... 3  Chapter 2: A 323­year dendroclimatic reconstruction of summer mean air  temperature in the northern British Columbia Coast Mountains, Canada ... 5  2.2 2.1 Introduction ... 5   Research Background... 6  2.32.2.2 Dendroclimatology of mountain hemlock ... 9  Location ... 9  2.42.3.1 Study Sites ... 10  Methodology ... 12  2.4.1 Dendrochronology ... 12  2.52.4.2 Climate Data ... 15  Results ... 17  2.5.1 Tree‐ring chronologies ... 17  2.62.5.2 Climate station analysis ... 20  Analysis ... 23  2.6.1 Climate‐Growth Responses ... 23  2.6.2 Dendroclimate Reconstruction ... 26 2.6.3 PDO and ENSO Circulation Patterns ... 28  2.7 Discussion ... 31   2.8 Summary ... 34  Chapter 3: Dendroglaciological reconstruction of late Holocene glacier activity  at White and South Flat Glaciers, Boundary Range, northern British Columbia  Coast Mountains ... 35  3.2 3.1 Introduction ... 35   Research Background... 36  3.2.1 Tree‐rings and dendroglaciology ... 36  3.33.2.2 Holocene Glacial Activity in the British Columbia Coast Mountains ... 38  Research Area ... 40  3.43.3.1 Study Sites ... 43  Research Methods ... 49 3.4.1 Sample Preparation and Measurement ... 50   3.5 Observations ... 51 

(6)

3.5.1 Dendrochronology ... 51  3.5.2 Dendroglaciology ... 53  3.5.2.1 Site 1 ... 53  3.5.2.2 Site 2 ... 55  3.5.2.3 Site 3 ... 58  3.5.2.4 Site 4 ... 60  3.5.2.5 Site 5 ... 60  3.5.2.6 Site 6 ... 62  3.5.2.7 Site 7 ... 63  3.5.2.8 Site 8 ... 64  3.63.5.2.9 Site 9 ... 66  Results ... 67 3.6.1 Interpretation ... 69  3.7 Discussion and Synthesis ... 75  3.8 Summary ... 79  hapter 4: Conclusions ... 81     eferences ... 84  C R  

(7)

List of Tables 

  Table 2.1: Tree‐ring chronology statistics... 17    able 2.2: Correlation matrix showing interseries correlations between site  hronologi  20  T c es and master chronology. ...   able 2.3: Correlations between instrumental climate variables and the residual  egional ch 4  T r ronology. Significance level = 0.01. ... 2   able 3.1: Estimated historical terminus retreat rates at the White Glacier and the  outh Flat    T S Glacier. ... 43 able 3.2: ... 52    T  Living tree‐ring chronology statistics. ...   able 3.3: Subfossil study sites at White Glacier and their associated UTM  oordinate  53  T c s and elevation values. ...   able 3.4: Summary of conventional age radiocarbon dated samples from White  nd South  ... 55  T a Flat Glaciers. ...   Table 3.5:  The floating tree‐ring chronologies created for this thesis and their  conventional age dates assigned after unsuccessful cross‐dating into the living tree‐ ing chronology.  If the sample was used in the FMA Chronology (Figure 3.18), then  he perimeter age date is recorded. ... 56  r t    

 

(8)

List of Figures 

  Figure 2.1: Location of the sample sites and climate stations used in this thesis. ... 7    igure 2.2: The Windy Pass Site at 1080 m asl, with a Remote Avalanche Weather  tations (RA .... 11  F S WS) used for avalanche prediction in the region. Photo: Dan Smith.    Figure 2.3: The South Flat Site located west of South Flat Glacier at 1035 m asl.  rees were growing on a south‐east facing slope dominated by mountain hemlock  rees and sc T t attered with subalpine fir. Photo: Dan Smith... 12    igure 2.4: The residual tree‐ring chronologies for (a) Surprise, (b) Windy Pass, and  c) South Fl F ( at sites with a 10 year running mean. ... 18    Figure 2.5: Living mountain hemlock chronology displayed with a five‐year running  mean. The number of series included in the chronology (sample depth) is shown at  he bottom of the graph. The master chronology contains 27 series; the series  ntercorrela   t i tion value is 0.544 and the average mean sensitivity is 0.244. ... 21   igure 2.6: A comparison of annual mean air temperature between Stewart Airport  nd Dease L   F a ake. ... 22   igure 2.7: A comparison of annual mean air temperature between Stewart Airport  nd Dease L   F a ake. ... 23   Figure 2.8: Coefficients calculated between the mountain hemlock chronology and  the mean temperature time series from Dease Lake using DENDROCLIM2002. The  lack bars represent correlation coefficients; the gray bars represent response  unction co ... 24  b f efficients. Months in block letters are from the previous year. ...   Figure 2.9: Scatterplot comparing the radial growth of mountain hemlock and  verage June‐July‐August temperature at Dease Lake over the instrumental record  1943 – 200   a ( 3). ... 25   Figure 2.10: This figure illustrates bootstrapped moving interval response function  analyses calculated using the program DENDROCLIM2002. Forty‐eight year  intervals were employed to test the strength of relationships between tree ring  indices and the Dease Lake monthly June to August air temperature values over  time. The panels depict the relationships between the mountain hemlock  chronology and mean temperature values. Statistically significant positive  elationships are highlighted in shades of red and negative relationships in shades  f blue. Months of the previous year are identified with capital letters. ... 26  r o  

(9)

igure 2.11: June‐July‐August temperature model based on a linear relationship  ith the rad 7  F w ial growth of mountain hemlock. ... 2   igure 2.12: Reconstructed precipitation anomaly record for the Cambria Icefield. ... ... 28  F  . ...   Figure 2.13: Tree ring index – June‐July‐August sea surface temperature  correlation. The tree rings have a positive relationship (r = 0.2 to 0.3) to sea surface  temperatures across the equator, along the South American coast to 30˚ south, and  ff the coast of northern BC and Alaska. There is a negative correlation (r = ‐0.2 to ‐ .4) with sea o 0  surface temperature in the central north Pacific. ... 29    Figure 2.14: (a) Summer Temperature Anomalies. (b) The wavelet power spectrum.  The contour levels are chosen so that 75%, 50%, 25%, and 5% of the wavelet power  is above each level, respectively. Black contour is the 5% significance level, using a  white‐noise background spectrum. (c) The global wavelet power spectrum (black  ine). The dashed line is the significance for the global wavelet spectrum, assuming  he same si   l t gnificance level and background spectrum as in (b). ... 30   igure 3.1: Location of the Cambria Icefield and key glaciers within the vicinity and  eferred to  F r in the text. ... 37    igure 3.2: Site map of the White Glacier and South Flat valley, showing the location  f the glacie .. 42  F o rs and study sites. ...   igure 3.3: Aerial photograph from 1991. The white line demarcates White and  outh Flat g 4  F S laciers’ maximum upvalley extent during the LIA (see Figure 3.21). ... 4   Figure 3.4: The White Glacier forefield, looking from White Glacier towards White  ake. The White Glacier forefield is heavily colonised by sika alder (Alnus sinuata). ... .... 45  L  . ...   Figure 3.5: The view from White Glacier in late‐July 2007. In the foreground is  showing the location of a recently drained glacially damned lake. This may  orrespond to the ice contact lake shown in Figure 3.6 (site 3), noted by Groves  1946). ... ... 46  c ( ...   igure 3.6: Geological map from Groves (1973). 1. White Glacier; 2. South Flat  lacier; 3. A ... 48  F G  small lake, ponded by White Glacier, and; 4. White Lake. ...   igure 3.7: The view of South Flat valley and South Flat river. The white box  ighlights h raded delta sedim .. 49  F h ighlights the location of late‐LIA prog ents. ...   Figure 3.8: Living tree‐ring mountain hemlock (Tsuga mertensiana) chronology  from the South Flat Glacier. ... 52 

(10)

Figure 3.9: Looking north towards site 1. Three units are highlighted: a 10 m thick  matrix‐supported till (1A), wood samples taken from the mat (Sample 01_01) date  to 605 A.D. This unit is overlain by a 7 m thick till unit (1B) capped by an orange‐ tained sedimentary horizon. Resting on the surface of this horizon is a 7 m thick till  nit (1C) wh 4  s u ose upper surface features small north‐west trending glacial flutes. .... 5   igure 3.10: Looking south towards site 2. Two white boxes highlight the location  f the two po ... 58  F o ckets of sampled wood with sample 02_03 dated to 510 A.D. ...   Figure 3.11: East towards the exposed wood at site 3 against bedrock. Samples  were located at the base of a 10m high bedrock outcrop in a diamicton intermixed  with partially buried and buried bole segments up to 6m in length. Two radiocarbon  ges were assigned to this site: 640 A.D. (Sample 03_10; within white box) and 515  .D. (Sample    a A 03_14; not shown on photograph). ... 59   Figure 3.12: Looking south across the exposed debris at site 5. The gully ran for 20   north to south and was 6 m deep. Sample (05_01) indicates these trees were  illed ca. 625   m k  A.D. ... 61   Figure 3.13: Looking north from White Glacier to site 6. Wood was sampled from  etrital wood in an alder gully. The white box shows the location of the 5 samples  ogs killed ca ... 62  d l . 640 A.D. ...   Figure 3.14: Looking south towards White Glacier at Site 7.  The white box  highlights the in situ Sample 07_01 (765 A.D.). Disks were taken from samples  ithin the river channel and in an adjacent deposit to the west of the river channel  o form Chro . 63  w t nologies 7‐1 and 7‐2...   Figure 3.15: The steeply‐dipping laminated sands and gravels capped by a till at  ite 8. Sample 08_11 indicates than the trees in this deposit were killed ca. 1080 A.D. ... . 65  s  . ...   igure 3.16: Bedded fine‐grained rythmites at site 8 located beside a prominent  edrock gorg   F b e 900 m from the 2007 terminus of South Flat Glacier. ... 65   Figure 3.17: Sample 9_16  at site 9 (lower), radiocarbon dated to ca. 1220 A.D. Site  9 consisted of three woody horizons, at 818 m asl (lower), 851 m asl (middle; dated  to 1355 A.D. and a third horizon (upper) that was inaccessible at around 900 m asl.  hese three woody horizons appear to be matched with equivalent units visible on  he west sid ... 66  T t e of the valley, highlighted with three white lines. ...   Figure 3.18: First Millennial Advance Chronology anchored by conventional  radiocarbon date from sample 03_10 (Table 3.5). The chronology consists of  samples from the White Glacier forefield, South Flat Valley and the Todd Icefields  (from Jackson et al. [2008]). The chronology extends from 251 – 664 A.D. (393  years) and consists of 38 tree‐ring records. ... 68 

(11)

Figure 3.19: The advance of White Glacier killed this tree (within the white box)  rior to 486 A.D. As White Glacier advanced into and overwhelmed a standing  orest, it push .. 70  p f ed the tree against this bedrock. The tree was exposed after 2001. ..   Figure 3.20: A schematic diagram of the ice surface profile of White Glacier: (A)  uring the FMA advance at 515 A.D., based on the cross‐dating of detrital wood from  ite 4; and (B es. 72  d s ) during the late LIA, based on the location of the terminal morain   Figure 3.21: Schematic of the expansion of White Glacier and the subsequent  interaction of White Glacier with South Flat Glacier between ca. 600 A.D. to the early  Little Ice Age. In panel 1, the glacier is advancing to site 3 with South Flat river  flowing beneath the glacier. In panel 2, the glacier has thickened sufficiently to force  the ponding of a lake, killing sample 07_01 at site 7. South flat river subsequently  flows around White Glacier. Panel 3 depicts the advance of South Flat Glacier,  causing the formation of a prograding delta, deposition of sediments and death of  trees at site 9. White and South Flat glacier are not confluent until the late Little Ice  ge (panel 4), where all of the South Flat valley and White Glacier forfield is covered  ith glacial i 3  A w ce. ... 7   Figure 3.22: Looking up the South Flat valley. Sample 07_01 (765 A.D.) from site 7  is highlighted with a white box. Site 9 encompasses three woody horizons: The  lower horizon (1220 A.D.; sample 09_16), middle horizon (1355 A.D.; 09_18), and an  ndated upper horizon. These three woody horizons appear to be matched with  quivalent units vis   u e ible on the west side of the valley (see Figure 3.17). ... 74   Figure 3.23: The wavelet power spectrum for the (a) Live Chronology, and; (b) the  Stewart Chronology. The contour levels are chosen so that 75%, 50%, 25%, and 5%  of the wavelet power is above each level, respectively. The cross‐hatched region is  the cone of influence, where zero padding has reduced the variance. Black contour is  the 15% significance level, using a white‐noise background spectrum. (c) The global  wavelet power spectrum (black line). The dashed line is the significance for the  global wavelet spectrum, assuming the same significance level and background  spectrum as in (b). ... 77   

(12)

Acknowledgments 

    First and foremost, to Dan Smith: your patience with my “early” rising (at  9am) in the field, guidance down Jambeau Glacier’s crevasses, enthusiasm for grizzly  bears in the Coast Mountains, and love for earthquakes in the 1700s has been  second to none. Those sleepless nights wondering if I had a granola bar in my bag  couldn’t have been completed without you!     Thank you also to Terri Lacourse, whose speedy edits have improved this  hesis in ways I couldn’t have achieved, even after the 100th attempt.  t   The field work couldn’t have been completed without the Midnight Dream  and Knight Rider gangs. Thanks for all the hazy memories involving Hyderizing,  karaoke, KAJOs and pie (man, I love me some pie). And thank you to all the lovely  adies I met back at the “VicTree” lab.  l     To my friends, whether in the UK or Canada, I appreciate your support  throughout this adventure, and to my family, for your understanding on why I was  ,000 miles away and still complaining about the Northampton Town score.  5   Last but by no means least, I thank kypp; I’ll be indebted to your patience and  attempt at understanding my frustrations over cross dating and statistics. For this, I  probably owe you a few dinners at the Ramore. And also for those immortal words:  “wait, so, Dendrochro‐ whatsit is a real word?”     

(13)

Chapter 1  

Introduction 

1.1 Introduction 

 The global climate is undergoing substantive changes that are resulting in  fundamental shifts in climate patterns which could significantly impact our society  and ecosystems (Mann et al. 1999). To fully understand the nature and character of  these changes, it is essential that we develop an understanding of past climate  conditions and place these historical changes into a longer temporal context  (Hansen and Lebedeff 1987). Due to limitations in the length and distribution of  instrumental climatic records, high‐resolution multi‐proxy methods have proven  critical in providing the insights needed to interpret current climate trends and to  establish long‐term ranges of variability (Black et al. 2009). Prior and ongoing  research suggests that tree‐rings provide the kind of annually resolved insights  that are necessary for extending climatic records back several millennia (D’Arrigo  et al. 2005).   The science of dendrochronology (or tree‐ring studies) has focused on the  annual growth rings of temperate zone trees to establish the date and  chronological order of past events (Fritts 1976). Tree‐ring chronologies can be  dendroclimatically interpreted to reconstruct a variety of environmental variables  when correlated with instrumental data or records (Cook and Kairiukstis 1990).  While long‐lived tree species provide annually‐resolved chronologies that can  extend back as far as 3,000 years, subfossil wood samples have been employed to 

(14)

extend tree‐ring and proxy climate records back through the Holocene (Grudd et  al. 2002).   Dendroclimatology is the science that uses tree‐rings to study present  climate and reconstruct past climate (Luckman 2007). This methodology allows  dendrochronologists to place existing short instrumental climate records in a  longer temporal context, and allows for comparison of the spatial patterns of  climate change. In Pacific North America Holocene regional‐scale climate changes  are known to directly impact upon the mass balance state of glaciers resulting in  sustained periods of expansion and retreat (Reyes et al. 2006).  Dendroglaciology is a branch of dendrochronology that uses tree‐rings to  study and date the response of glaciers to changing climates (Luckman 1986). It  allows for the development of long‐term tree‐ring chronologies for dating events  over large areas, and hence for examination of the synchronicity of glacier activity  at different time scales (Luckman and Villalba 2001). Applied dendroglaciological  research has successfully established a link between glacier mass balance and tree‐ ring‐width variability (Smith and Lewis 2007a).   In the Coast Mountains of British Columbia (B.C.), prior  dendroclimatological and dendroglaciological studies have primarily focused on  developing insights at tree‐ring sites located in the southern and central regions  (e.g., Larocque and Smith 2003; Allen and Smith 2007). By contrast relatively few  tree‐ring studies have been conducted in the north Coast Mountains, where  exploratory studies by Penrose (2007) and Jackson et al. (2008) revealed that  significant climate‐radial growth relationships do exist. The purpose of this study 

(15)

was to reconstruct the environmental history of the Cambria Icefield area. Specific  attention was given to developing a proxy record of climate change and to  reconstructing the late Holocene glacial history of two outlet glaciers spilling  eastward from the icefield. The overarching intent was to determine whether the  late Holocene climate and glacier fluctuations in this regional are similar to those  recorded in the central and southern Coast Mountains.  

1.2 Research Objectives 

The research had three specific objectives:  1. to develop a proxy record of climate change from tree ring‐width  chronologies collected in the vicinity of the Cambria Icefield.  2.  to describe the late Holocene glacial history of White and South Flat  glaciers in the Cambria Icefield.  3. to investigate the long‐term glaciological response of White and South  Flat glaciers to changing climates . 

1.3 Thesis Format 

Chapter 2 presents the findings of a dendroclimatological reconstruction  from tree‐ring records collected at sites in the vicinity of the Cambria Icefield.  Chapter 3 describes the dendroglaciological findings from field investigations  completed at White and South Flat glaciers. Chapters 2 and 3 are formatted as  manuscripts prepared for submission to refereed journals. Chapter 4 provides an  overview of the findings of the research, and considers the relationship between  long‐term climate changes and glaciological behaviour of the White and South Flat 

(16)

glaciers. The chapter concludes with a presentation of the limitations study and  provides recommendations for future research. 

(17)

Chapter 2  

A 323­year dendroclimatic reconstruction of summer mean air 

temperature in the northern British Columbia Coast Mountains, 

Canada 

 

2.1 Introduction 

Climate plays an important role in limiting the annual radial growth of  montane trees in the British Columbia (B.C.) Coast Mountains (e.g., Gedalof and  Smith 2001a; Larocque and Smith 2004; Parish and Antos 2006). Previous studies  in the region highlight a correlation between apical growth and environmental  factors such as summer growing season temperature, previous growth year  temperature, and spring snowpack depth (Larocque and Smith 2004). The year‐to‐ year correlation of tree rings to these seasonal climate variables indicates these  trees have considerable potential for constructing dendroclimatic proxy records  (Luckman 2007).   In Pacific North America (PNA) mountain hemlock (Tsuga mertensiana  [Bong.] Carr.) trees are widely dispersed, covering a latitudinal range extending  from southern Alaska to northern California (Krajina 1969; Means 1990). In B.C.  the mountain hemlock zone occupies elevations between 900 to 1800 m asl in the  south (lower on windward slopes, higher on leeward slopes), and 400 to 1000 m  asl in the north (Pojar et al. 1987). Dendroclimatological analyses show that  mountain hemlock trees are sensitive recorders of annual changes in high  elevation climates (Laroque and Smith 2001). Researchers have shown that their 

(18)

radial growth is conditioned by a limited number of climate stressors depending  upon their location (Graumlich and Brubaker 1986; Gedalof and Smith 2001b).  These climate‐radial growth relationships have been used to construct proxy  models of past climates using both single chronologies and regional networks of  chronologies (i.e., Wiles et al. 1998; Gedalof and Smith 2001b).   The goal of the research presented in this chapter was to construct an  annually‐resolved proxy record of climate change in the northwestern Coast  Mountains. The intent was to quantify the climate‐radial growth associations  displayed by living mountain hemlock stands found growing in close proximity to  the Cambria and Todd icefields. Historic climate station data was compared to the  total ring‐width growth trends over the period of record and used to construct a  proxy record of climate extending back over the extent of the tree‐ring record. The  proxy reconstruction was compared to several climate indices to reveal which  forcing mechanisms may have interacted to define the regional climate over the  last 300 years.   

2.2 Research Background 

2.2.1 Climate forcing in the Pacific Northwest  The Coast Mountains flank the western coastline of B.C. (Figure 2.1). This  high mountain landscape extends for ca. 1600 kms from the northwestern corner  of the province southward to close to the international border with Washington  State (Means 1990). The climate of the region is moderated by proximity to the  Pacific Ocean (Mantua et al. 1997), with inter‐ annual to inter‐decadal variability 

(19)

Figure 2.1: Location of the sample sites and climate stations used in this thesis. 

 

(20)

 largely resulting from atmospheric‐ocean circulation patterns described by the El  Niño South Oscillation (ENSO) and the Pacific Decadal Oscillation (PDO; Bonsal et  al. 2001).   ENSO describes the influence of both ocean and atmospheric circulation  patterns in PNA (Rasmussan and Wallace 1983). It is widely accepted as  representative of the climate forcing parameters that lead to hemispheric‐scale  inter‐annual climate variations (Mantua and Hare 2002). Periodic shifts in the  strength of ENSO result in weather and climate anomalies every 7 to 10 years  (Rasmussan and Wallace 1983). In the Coast Mountains, ENSO events are generally  correlated to anomalously warmer and drier winter months (Bonsal et al. 2001).  The PDO is a long‐term El Niño‐like ocean and atmospheric circulation  pattern that occurs in the Northern Pacific, with a positive (or warm) phase or a  negative (or cool) phase (Manuta and Hare 2001). It is known to change phases  with an abrupt step‐like shift in mean winter sea level pressure (Trenberth 1990;  Mantua and Hare 2002). Climate anomalies associated with positive (or warm)  phases coincide with anomalously warmer and wetter periods in PNA (Mantua and  Hare 2002).    Three PDO shifts in the past century resulted in “cool” phases from 1890 to  1924, and again from 1947 to 1976; and, “warm” phases from 1925 to 1946 and  from 1977 to the mid‐1990s (Mantua et al. 1997). Tourre et al. (2001) indicate that  the PDO has an interdecadal mode of between 12 to 25 years and a decadal mode  of between 9 to 12 years. Gedalof and Smith (2001b) employed  dendrochronological methods to construct a proxy record of spring PDO conditions 

(21)

over the last 400 years. Their reconstruction illustrates the long‐term average  duration between PDO shifts is 23 years.   2.2.2 Dendroclimatology of mountain hemlock    Previous research established that mountain hemlock trees are a useful  species for dendroclimatic studies due to their spatial range and sensitivity to  climate (Gedalof 2002; Penrose 2007). Generally, mountain hemlocks are found at  locations characterized by cool, wet climates and deep winter snowpacks  (Peterson and Peterson 2001). Annual radial growth increment of mountain  hemlock has been correlated with mean summer temperature (Gedalof and Smith  2001a), winter precipitation described by spring snowpack depth (Graumlich and  Brubaker 1986; Gedalof and Smith 2001a; Peterson and Peterson 2001) and April  precipitation totals (Penrose 2007).  

2.3 Location 

Sampling was undertaken at sites located in close proximity to the Todd and  Cambria icefields (Figure 2.1). This glaciated high mountain region is characterized  by topographic relief exceeding 900 m (Figure 2.1). The local tree line is found at  ca. 1500 m asl, significantly above the present‐day terminus of glaciers in the  region at ca. 1200 m asl (Laxton 2005; Jackson et al. 2008).   Montane forests in this region of the Coast Mountains consist of single‐ species stands of mountain hemlock or co‐dominant stands of mountain hemlock  and subalpine fir (Abies lasiocarpa [Hook.] Nutt.). Mountain hemlock forests 

(22)

typically have a dense shrub growth under the tree canopy, with thick carpet of  moss covering the forest floor (Klinka et al. 1991).  Adjusted and Homogenized Canadian Climate Data (AHCCD) data indicate  the montane forests in the vicinity of Stewart are characterized by warm, wet  conditions with mean annual temperatures of 5.6°C, and annual total precipitation  of 1458 mm(Environment Canada 2009). The eastern slopes of the Coast  Mountains in the vicinity of the Cambria and Todd icefields experience drier and  cooler conditions with mean annual temperatures of ‐0.9°C, and annual total  precipitation of 292 mm (Environment Canada 2009).    2.3.1 Study Sites  Samples were collected from three mountain hemlock stands found along a  35 km north to south transect (Figure 2.1). The sampling sites are located close to  the easternmost extent of mountain hemlocks in the region (Pojar et al. 1987;  Klinka et al. 2001).      The northernmost site is located in the headwaters of Surprise Creek at 910  m asl (Lat 56° 12’ N, Long 129° 36’ W; Figure 2.1). Positioned on a moderately  sloped forested ridge line between the recently deglaciated forefields of Surprise  Glacier (unofficial name) to the south and an unnamed glacier to the north, the  mature mountain hemlock trees (<6 m tall) found at the site were intermixed with  mature subalpine firs whose maximum age exceeded 355 years (Jackson et al.  2008).     

(23)

The Windy Pass site (Lat 56° 06’ N, Long 129° 30’ W; Figure 2.1)  is located  8.6 km east of Bear Pass above the Stewart‐Cassier Highway (Highway 37) close to  the upper altitudinal extent of standing trees. Located on a southerly‐facing minor  bench at 1090 m asl, 11 km southeast of the Surprise site, the forest at Windy Pass  site is dominated by short stature (<4 m) mature mountain hemlock trees (Figure  2.2).     Figure 2.2: The Windy Pass Site at 1080 m asl, with a Remote Avalanche Weather  Stations (RAWS) used for avalanche prediction in the region. Photo: Dan Smith.        The South Flat site (Lat 55° 49’ N, Long 129° 29’; 1035 m asl; Figure 2.1) is  located on a steep southeast‐facing forested site at 1035 m asl in close proximity to  White Glacier (unofficial name), approximately 33 km south of the Windy Pass site. 

(24)

The site is dominated by a mature even‐aged mountain hemlock forest (>6 m  eight) and contains scattered subalpine fir (Figure 2.3).   h   Figure 2.3: The South Flat Site located west of South Flat Glacier at 1035 m asl.  Trees were growing on a south‐east facing slope dominated by mountain hemlock  trees and scattered with subalpine fir. Photo: Dan Smith.       

2.4 Methodology 

2.4.1 Dendrochronology  Tree ring samples were collected from mature trees with no obvious signs  of crown damage or butt rot. Samples were collected at breast height with 18”  increment borers using standard dendrochronological techniques (Stokes and  Smiley 1964). Two increment cores ≥90° apart were extracted from each tree to 

(25)

pith and stored in plastic straws for transport to the University of Victoria Tree  Ring Laboratory.  The cores were allowed to air‐dry, glued into slotted mounting boards, and  sanded with progressively finer sandpaper to a 600‐grit polish (Stokes and Smiley  1968). Ring widths were measured to the nearest 0.01 mm along a single radius  using WinDendro software and a high resolution flatbed scanner (Guay et al.  1992). For series with exceptionally narrow annual rings, the ring widths were  measured with MeasureJ2X software (VoorTech Consulting 2009) to the nearest  0.01 mm using a Velmex‐stage equipped with a microscope, CCD video display and  Metronics QC‐10V digital readout.  Each ring‐width series was first visually cross dated by comparing narrow  marker rings with CDendro software (Cybis Elektronic & Data AB). Following this  the International Tree Ring Database (ITRDB) software program COFECHA was  used to verify the cross dating using block correlations between each tree series  and the master chronology (Holmes et al. 1986). COFECHA correlations were  calculated using a 50‐year segment length lagged successively by 25 years at a one‐ tailed 99% confidence level (Grissino‐Meyer 2001). Ring width series with  anomalous growth patterns not significantly correlated to the group were removed  from the data set.  A regional master chronology was created by combining and cross dating  the three individual chronologies. Any ring width series that did not significantly  correlate to the master chronology was removed from the data set to allow for the  strongest possible series intercorrelation.   

(26)

All of the ring width series within the master chronology were transformed  into stationary, dimensionless indices to remove growth trends related to tree age  and stand dynamics (Cook 1985). The indices were established using double  detrending options in the IITRDB software program ARSTAN (Cook and Holmes  1986) to retain any low‐frequency variability within the resulting chronology  (Cook et al. 1990). Initially a best‐fit negative exponential curve or linear trend line  was fitted to each individual series. Each observed ring width in the series was  then divided by this value. Following this, the individual cores were detrended a  second time by fitting a cubic smoothing spline with a 50% frequency cutoff of 95  years (Cook and Peters 1981). To create a single dimensionless value for each  growth year, each ring‐width‐index series was prewhitened using autoregressive  and moving average models to remove any autocorrelation effects (Cook 1985;  Biondi and Swetnam 1987). A robust mean was then used to combine the  etren d ded series from each site into residual master site chronology (Fritts 1976).     To ensure robust signal strength through time, each site chronology and the  master chronology was terminated at an established “expressed population signal”  (EPS) value (Wigley et al. 1984). EPS values were calculated for 25‐year moving  periods to quantify signal strength through time; the cut‐off year was defined as  the central year within the last 25‐year segment where the EPS value was greater  than the 0.85 cut‐off value (Wilson and Luckman 2002).  Bootstrapped correlation and response function analyses were undertaken  to evaluate the climate‐radial growth response of the chronologies using the  software program DENDROCLIM2002 (Biondi and Waikul 2004). Climate variables 

(27)

were compared to the residual chronologies using bootstrap correlations. The  stability of the climate influence on radial growth was analysed by calculating  block correlations of 30 years duration with an overlap of 15 years.   After determining which climate variable was significantly correlated to the  master chronology, a linear regression model was used to represent the proxy  relationship between ring width and climate using the most recent 50% of the data  (LeBlanc and Terrell 2001; Hughes 2002). A split period verification analysis and a  simple Pearson's correlation were used to verify the linear regression model’s  ability to represent the remaining 50% of historic data (Fritts 1976). Following this  procedure, the model was invoked over the duration of the residual master  chronology to illustrate climate variability through time.     2.4.2 Climate Data  Mean, maximum, and minimum monthly temperature and precipitation  data were obtained from the AHCCD website (http://www.cccma.ec.gc.ca/hccd/).  Missing values were replaced with long‐term monthly averages.    Only two climate stations in the region have lengthy historical records. The  closest to the sampling sites is located at the Stewart Airport (Climate Station  1067742; Lat 55° 56′ N, Long 129° 59′ W; Figure 2.1). Located on the windward  side of the Cambria Icefield at 7 m asl, the station experiences a coastal maritime  climate and has been operational since 1911. The annual air temperature averages  5.6°C, with the coldest month (January) averaging –3.7°C and the warmest (July) 

(28)

15.1°C (Environment Canada 2009). The total annual precipitation at Stewart  averages 1843 mm, with more than 30% of this falling as snow.     The nearest climate station located on the leeward side of the Boundary  Range is found at Dease Lake, approximately 260 km northeast of the Surprise site  (Climate station 1182285; Lat 58° 43’ N; Long 130° 02’ W; Figure 2.1). The station  is located at 807 m asl and has been operational since 1944. The annual air  temperature averages ‐0.9°C, with the coldest month averaging ‐14.2°C and the  warmest 12.2°C (Environment Canada 2009).     Historical sea surface temperature (SST) records provide insights into the  role that climate forcing events associated with the PDO and ENSO have on radial  growth (D'Arrigo et al. 1999).  The Hadley Centre’s HADISST’s global gridded 1°  Latitude x 1° Longitude mean monthly SST from 1870 to present were used as a  surrogate for PDO and ENSO phases. This data was correlated with the master  chronology using the interactive KNMI climate explorer website  (http://climexp.knmi.nl; van Oldenborgh and Burgers 2005).  To understand the temporal rhythm of these climate forcing events on the  radial growth of mountain hemlock trees, an interactive web‐based wavelet  analysis1 was employed. In this instance, a Gaussian 2 function was used as the  base function with a 5% white noise reduction.        1http://paos.colorado.edu/research/wavelets; (Torrence and Compo 1998)

(29)

2.5 Results 

2.5.1 Tree­ring chronologies  Twenty‐six ring width series from 20 trees were included in the chronology  from the Surprise site. The final chronology spans 409 years (1596 to 2007), with  an EPS cut off at 1680. The ring width series has a mean inter‐series correlation of  0.535 and an average mean sensitivity of 0.211 (Table 2.1).     Table 2.1: Tree‐ring chronology statistics.      Thirty‐six ring width series from 23 individual trees were included in the  final analysis of increment cores collected at the Windy Pass site. The site  chronology spans 391 years (1613 to 2004), with an EPS cut off at 1730 due to a  limited sample depth beyond this. The ring width series have a mean inter‐series  correlation of 0.595 and a mean sensitivity of 0.271 (Table 2.1).  

Site  Latitude   Long tudei  Elevation (m asl)  Series mean first‐order  autocorrelationa 

Series mean  sensitivityb  Total  series  length  (years)  Surprise  56° 12’  129° 36’  910  0.535  0.211  408  Windy  Pass  56 ° 06’  129° 30’  1090  0.595  0.271  391  South  Flat  55°49’  129° 29’  10 5 3 0.548  0.231  373  Master  ‐  ‐  ‐  0.544  0.244  411  a  a measure of the strength of the signal (typically the climate signal) common to all sampled   trees at the site (Grissino‐Mayer 2001)  b a measure of the relative change in ring‐width from one year to the next in a given series  (Grissino‐Mayer 2001) 

(30)

Twenty‐seven ring width series from 17 individual trees were included in  the final analysis of samples from the South Flat site, the site chronology spans 373  years (1635 to 2007), with an EPS cut off at 1700. The ring width series have a    mean inter‐series correlation of 0.548 and a mean sensitivity of 0.231 (Table 2.1).    The site chronologies strongly correlate to one another (Figure 2.4). While  he radial growth trends between the South Flat and Windy Pass sites are strongly   t   F a   igure 2.4: The residual tree‐ring chronologies for (a) Surprise, (b) Windy Pass,  nd (c) South Flat sites with a 10 year running mean.  0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 Year R esid u al R in g -wid th Surprise

10 per. Mov. Avg. (Surprise)

  (a) 

(31)

0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 (b) 2 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 Year R esidu al Rin g -wid th Windy Pass

10 per. Mov. Avg. (Windy Pass)

  0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 Year Resi dua l Ri ng-w id th South Flat

10 per. Mov. Avg. (South Flat)

  (c)

(32)

correlated (r = 0.568), the White and Surprise sites are only slightly less correlated  (r = 0.539; Table 2.2).  Given the strong similarities between the chronologies, they  were combined to form a regional master chronology with 87 cross dated series  spanning 412 years (1596 to 2007; Figure 2.5). Five individual series did not  significantly cross date and were removed. The EPS cutoff is at 1680, leaving the  regional chronology with a mean inter‐series correlation of 0.544 and an average  mean sensitivity of 0.244.       Table 2.2: Correlation matrix showing interseries correlations between site  ch nologies and master chronor  o logy.  S  

  urprise Wind Pay  ss  South Flat 

Surprise  ‐  0.560  0.539  Windy Pass  0.560  ‐  0.568  South Flat  0.539  0.568  ‐        2.5.2 Climate station analysis    The Stewart Airport and Dease Lake stations experience significantly  different climates. At Stewart Airport the mean annual temperature is 5.6°C (±  3.5°C); whereas Dease Lake it averages ‐0.9°C (± 4.1°C; Figure 2.6). Average  summer growing season air temperatures in June‐July‐August (JJA) are  considerably different between the two stations, with conditions warmer at  Stewart (mean JJA 14.3°C) than at Dease Lake (mean JJA 11.7°C).  

(33)

Figure 2.5: Living mountain hemlock chronology displayed with a five‐year  running mean. The number of series included in the chronology (sample depth) is  shown at the bottom of the graph. The master chronology contains 27 series; the  series intercorrelation value is 0.544 and the average mean sensitivity is 0.244.       

(34)

Figure 2.6: A comparison of annual mean air temperature between Stewart  Airport and Dease Lake.    -4 -2 0 2 4 6 8 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Year A nnua l Me a n T e mp (° C ) Stewart Airport Dease Lake     Overall trends in the JJA air temperature show a 0.2°C warming in both  instrumental data sets over the period of record (Figure 2.7). When analysing the  overall trends, however, periods of warming and cooling are seen. At Stewart  Airport, air temperatures warmed by 1°C from 1952 to 1978, followed by cooling  of around 0.9°C from 1979 to 2001.  The trend at Dease Lake is the opposite, with a  ‐0.9°C cooling from 1958 to 1978, and 1.8°C of warming from 1979 to 2001.    Figure 2.7 compares the annual mean precipitation at Stewart Airport and  Dease Lake.  At Stewart Airport total annual precipitation increased by 210 mm  between 1910 and 2005. At Dease Lake, total annual precipitation increased by 25  mm between 1946 and 2003.  

(35)

  Figure 2.7: A comparison of annual mean air temperature between Stewart  Airport and Dease Lake.    0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Year Pr eci pi tati on (mm) Stewart Airport Dease Lake  

2.6 Analysis 

2.6.1 Climate­Growth Responses  The master tree‐ring chronology was compared to mean monthly  precipitation and monthly records of mean, minimum, and maximum temperature  from both the Stewart and Dease Lake stations using DENDROCLIM2002.  Correlations between ring width and climate variables from Stewart Airport and  monthly precipitation totals at Dease Lake were all insignificant (Table 2.3). The  chronology did, however, exhibit a strong positive correlation to the average mean  JJA air temperature at Stewart (Figure 2.8) (r = 0.48 for the ring width chronology)  and Dease Lake (r = 0.58 for the ring‐width chronology).  

(36)

Table 2.3: Correlations between instrumental climate variables and the residual 

regional chronology. Significance level = 0.01.   

Variable  Stewart Airport1  Dease Lake 

Minimum July  Temperature  0.24  0.37  Maximum July  Temperature  0.26  0.36  Mean July  Temperature  0.14  0.49  Mean June‐July‐August  Temperature  0.48  0.58  Total Monthly  Precipitation  0.11  0.24      Figure 2.8: Coefficients calculated between the mountain hemlock chronology and  the mean temperature time series from Dease Lake using DENDROCLIM2002. The  lack bars represent correlation coefficients; the gray bars represent response  unction coefficients. Months in block letters are from the previous year.  b f    

(37)

The climate‐radial growth scatterplot suggests a linear relationship exists  between tree‐ring growth and mean JJA air temperature at Dease Lake (r2 = 0.34;  Figure 2.9).  An evolutionary moving average analysis (48 year blocks) performed  with DENDROCLIM2002 indicates this relationship is consistent through time  (Figure 2.10).      Figure 2.9: Scatterplot comparing the radial growth of mountain hemlock and  average June‐July‐August temperature at Dease Lake over the instrumental record  (1943 – 2003).    R2 = 0.3375 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2

Residual Ring Width Indicies

Me an J une -Ju ly -Au gus t Te mpe ra ture ( °C) 1.3   This climate‐radial growth relationship is consistent with previous studies  (Smith and Laroque 1998; Gedalof and Smith 2001a). It suggests that warm air  temperatures in the JJA growing season lead to increased radial growth in  mountain hemlock trees in this region (Figure 2.9).   

(38)

Figure 2.10: This figure illustrates bootstrapped moving interval response  function analyses calculated using the program DENDROCLIM2002. Forty‐eight  year intervals were employed to test the strength of relationships between tree  ring indices and the Dease Lake monthly June to August air temperature values  over time. The panels depict the relationships between the mountain hemlock  chronology and mean temperature values. Statistically significant positive  elationships are highlighted in shades of red and negative relationships in shades  f blue. Months of the previous year are identified with capital letters.  r o       2.6.2 Dendroclimate Reconstruction    Linear regression was used to model the relationship between mean JJA air  temperature and radial growth for the period from 1944 to 2003, with split‐ verification partitioning the data into a 28 year calibration period from 1974 to  2003 and a 30 year verification period from 1944 to 1974 (Fritts 1976). The 

(39)

modeled temperatures significantly correlate with the instrumental data (r = 0.63;  Table 2.4), with the model successfully tracking low‐frequency variations in both  the calibration and the verification periods (Figure 2.11). Given the strength of the  modelled relationship, a proxy record of mean JJA air temperature was constructed  extending to 1680 (Figure 2.12).  Over the period of record the coolest summers  occurred in 1706, 1810, 1880, 1970 and 1976. The warmest summers occurred in  792, 1804, 1816, 1885 and 1915.  1     Figure 2.11: June‐July‐August temperature model based on a linear relationship  with the radial growth of mountain hemlock.    10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Year JJ A Te mp Instrumental Verification Calibration  

(40)

 for the Cambria Icefield.   Figure 2.12: Reconstructed precipitation anomaly record The thick black line represents a 10 year running mean.       2.6.3 PDO and ENSO Circulation Patterns  The master tree‐ring chronology correlates with SST in the Northeast  Pacific and South Pacific oceans from 1870 to 2007 (Figure 2.13). Positive  correlations (r = 0.3) occur across an east‐west equatorial belt centred at 170° east  and terminating off the northwest coast of South America. These spatial  relationships are interpreted as reflecting a radial growth response to warmer‐ than‐normal temperatures during positive ENSO phases.  A positive relationship (r = 0.4) exist between radial growth and SST  between 42° to 63° N offshore of PNA. The persistence and strength of these  correlations suggest that a causal relationship exists between  

(41)

Figure 2.13: Tree ring index – June‐July‐August sea surface temperature  correlation. The tree rings have a positive relationship (r = 0.2 to 0.3) to sea surface  temperatures across the equator, along the South American coast to 30˚ south, and  off the coast of northern BC and Alaska. There is a negative correlation (r = ‐0.2 to ‐ 0.4) with sea surface temperature in the central north Pacific.         radial growth and positive PDO phases that bring above normal summer growing  season temperatures to this region (Mantua et al. 1997).  The wavelet analysis aims to decompose a time series into time and space  simultaneously and highlights both low and high frequency variability within the  reconstructed proxy temperature record (Torrence and Compo 1998). Figure 2.14  indicates frequent 8‐year period events (marked in red) from 1600‐1700‐1820,  1870‐1900 and 1960‐1980, typical of ENSO, and weaker (shown in yellow) 32‐year  period events from 1680‐1720, consistent with the significant variance of PDO 

(42)

behaviour (Mantua and Hare 2002). A weakening of the PDO influence from 1800  and 1900 matches PDO reconstructions over this time period (Gedalof and Smith  001b).   2   Figure 2.14: (a) Summer Temperature Anomalies. (b) The wavelet power  spectrum. The contour levels are chosen so that 75%, 50%, 25%, and 5% of the  wavelet power is above each level, respectively. Black contour is the 5%  significance level, using a white‐noise background spectrum. (c) The global wavelet  power spectrum (black line). The dashed line is the significance for the global  wavelet spectrum, assuming the same significance level and background spectrum  as in (b).       

(43)

2.7 Discussion 

The radial growth of mountain hemlock trees along the eastern slopes of the  northern Coast Mountains appears to be influenced by mean JJA air temperature.  This climate‐radial growth relationship is assumed to reflect either a physiological  response to increased rates of photosynthesis during warm summers (i.e., Kramer  and Kozlowski 1960) or, alternatively, an indirect response resulting from  accelerated melting of the seasonal snowpack during warm summers. The outcome  is an extension of the growing season and potentially an extension of the period  over which cambium is produced.    These findings are largely consistent with those of earlier  dendroclimatological investigations in PNA (Smith and Laroque 1998; Gedalof and  Smith 2001a). However, most previous research has highlighted a negative  relationship between the radial growth of mountain hemlock trees and spring  snowpack depth (Graumlich and Brubacker 1986; Peterson and Peterson 2001;  Smith and Laroque 1998); as well as a positive relationship with summer  precipitation (Brubaker 1990). The reduced importance of seasonal precipitation  in this setting is noteworthy and is attributed to rainshadow effects that lead to  relatively dry leeward slopes (Environment Canada 2009).  The three forest stands sampled in this study are found close to the  easternmost extent of mountain hemlocks in the region where they are almost  certainly periodically impacted by cold continental temperatures (Means 1990). It  is also possible that in this setting the physiological role played by the seasonal 

(44)

snowpack is not as significant as in more maritime settings (Smith and Laroque  1998; Larocque and Smith 2005). If this is the case, it is hypothesized that cool  summer temperatures significantly limit the radial growth of mountain hemlocks.  

The mean JJA proxy air temperature record constructed in this study  illustrates warmer and cooler periods that are synchronous with those developed  using dendroclimatological methodologies at other locations in the central and  northern Coast Mountains (i.e., Gedalof 2002; Larocque and Smith 2003). Across  this region cooler than normal JJA air temperatures characterize the intervals  between 1698 to 1706, 1876 to 1886, and 1970 to 1976 (Figure 2.12). Warmer  than normal JJA air temperatures occurred from 1715 to 1726, 1800 to 1820, 1900  to 1920 and 1945 to 1955. These alternating warm‐cold temperature regimes are  in step with phases changes in the PDO and highlight the effect of both ‘warm’ and  ‘cold’ PDO phases changes on JJA air temperature in this region.     Like many previous dendroclimatological reconstructions this proxy record  fails to accurately model extreme values (Figure 2.12).  As only a moderate  percentage of growth in any given year can be attributed to a single climate  variable (Fritts 1976), the model response may be attributed to the role other  limiting factors to growth play in anonymously warm or cool summers (i.e., Ettl  and Peterson 1995). Given that variations in summer precipitation and spring  snowpack depth have been shown to impact the radial growth of mountain  hemlocks in many regions of PNA, it may be that during certain years the direct  role of temperature diminishes.  

(45)

  Glacial histories from the northern Coast Mountains suggest their behaviour  reflects a shared mass balance response to the temperature trends recorded in the  proxy reconstruction. Jackson et al. (2008) show that glaciers were advancing in  the Todd Icefield area from 1746 to 1764 and from 1843 to 1899. These intervals  coincide with periods of lower than average summer temperature (Figure 2.12),  suggesting that positive mass balances may be attributed to colder summer  climates at this time.     Recent research has led to recognition that trees located in climatically‐ sensitive at high altitude and latitude sites sometimes display an inconsistent  radial growth response to climate through time (Visser et al. 2010).  This divergent  behavior appears confined to recent decades and hence strongly suggests an  anthropogenic cause (Cook et al. 2004).  In this instance, however, a bootstrapped  moving interval response function analysis shows that over the period of  instrumental record, mountain hemlock radial growth has consistently positively  responded to JJA air temperatures (Figure 2.10). This finding suggests that as the  Stewart region receives large amounts of winter precipitation, two responses  occur: the ground is insulated during the winter months and hence soil water  content is not a limiting factor and warm spring air temperatures in the spring melt  the snowpack. Hence shallower snowpacks melt earlier in the season, and  therefore tree‐ring growth can occur over a longer period of time. 

 

 

(46)

2.8 Summary 

  A 400‐year long mountain hemlock tree‐ring chronology was constructed  from increment samples collected at three sites in the northern Coast Mountains.  Response function analysis showed that over the period from 1946 to 2007, the  annual increment of radial growth was correlated to mean June‐July‐August  temperature. A linear model was constructed to represent this relationship over  the duration of the well‐represented portion of the chronology.  The proxy temperature anomaly record constructed as part of this study  extends from 1680 to 2007.  Represented within the reconstructed record of  summer temperature were extended intervals of warmer and cooler periods that  closely match those previously reconstructed. Analysis of the likely casual factors  responsible for these long‐term variations in temperature showed that climate  forcing events described by the PDO and ENSO indices have played a significant  role in long‐term climate changes in this region.   In summary, this study demonstrates how temperature‐sensitive trees can  be used to reconstruct robust proxy climate records for remote settings in  northwestern British Columbia. Notably, the reconstruction expands upon the  large‐scale temperature reconstructions presented by Briffa et al. (1994) and Briffa  et al. (2001), by providing a detailed regional reconstruction of treeline  temperature anomalies over the last 300 years. Understanding of the causes and  effects of climate changes in this setting is crucial for evaluating the linked long‐ term hydroclimatic and glaciological impacts. 

(47)

Chapter 3  

Dendroglaciological reconstruction of late Holocene glacier 

activity at White and South Flat Glaciers, Boundary Range, 

northern British Columbia Coast Mountains 

 

3.1 Introduction 

The rapid retreat and downwasting of glaciers in Pacific North America  (PNA) over the last few decades is exposing land surfaces and glacially‐killed trees  that provide singular insights into periods of glacier activity during the Holocene  epoch. Recent and ongoing investigations in this region show that glaciers  repeatedly advanced and retreated over the last eight millennia (Calkin et al. 2001;  Menounos et al. 2009; Wiles et al. 2008).  These discoveries are challenging earlier  findings that Holocene glacier expansion was largely restricted to the Neoglacial  period (Denton and Stuiver 1966; Ryder and Thompson 1986).  Recognition of the dynamic character of glacier activity in the Holocene  suggests a greater number of climate shifts than is recorded in many paleorecords  from the region (Walker and Pellatt 2003). To understand the frequency and  significance of these shifts, high resolution, long‐term temporally significant  records are required. Annually‐resolved tree‐ring records from living trees and  subfossil samples provide an opportunity to place current glaciological changes  into a longer term climatological context (Swetnam and Betancourt 1997).   Our understanding of Holocene glacial history in the mountains of PNA is  incomplete. There are regions where little or no research focused on this topic has 

(48)

been completed (Menounos et al. 2009). In British Columbia (B.C.), one such  location is the northern Coast Mountains where limited research indicates that  dendroglaciological records spanning the Holocene are present (i.e., Ryder 1987;  Clague and Matthewes 1996; Jackson et al. 2008). The goal of the research  presented in this chapter was to describe the late Holocene history of two glaciers  flowing from the Cambria Icefield (Figure 3.1). Reconnaissance investigations in  July 2008 revealed fresh exposures of subfossil wood buried in and below glacial  sedimentary units. Additional sites and detrital subfossil wood deposits were  discovered during a return expedition to the site in July 2009.  Dendroglaciological  research methodologies were applied to describe the ice front behavior of these  two glaciers and to consider the climatological context of their Holocene behaviour.   

3.2 Research Background 

3.2.1 Tree­rings and dendroglaciology     Dendrochronological techniques can be applied to study and date the  movement of glaciers (Luckman 1998; Smith and Lewis 2007a).  Dendrochronology, or the study of tree‐rings, deals with the dating and study of  annual growth rings (Fritts 1976). As the radial growth of trees in the midlatitudes  is largely limited by annual variations in climate, tree‐ring records can be cross  dated to provide chronological and temporally extensive paleoenvironmental  records (Fritts 1976).   Dendroglaciological methodologies use tree‐ring evidence to provide  insights into prehistorical glacier activity in two ways. Living‐trees found growing  

(49)

Figure 3.1: Location of the Cambria Icefield and key glaciers within the vicinity 

and referred to in the text.   

(50)

on recently deposited glacier deposits and landforms, or that were scarred by  glacier activity, can be absolutely dated to provide minimum ages of surface  stability and ice movement (Luckman 1998). In the case of moraines, the age of the  oldest tree found growing on the deposit highlights the point in time when a glacier  began to downwaste and/or retreat in response to a negative mass balance shift  (Watson and Luckman 2004).  Detrital wood and in situ tree stumps buried within  or below glacial sedimentary units provide insights into intervals of glacier  expansion and retreat (Smith and Lewis 2007b). The kill dates of subfossil wood  samples are established by cross dating to dated tree‐ring chronologies or are  referenced to radiocarbon‐dated floating tree‐ring chronologies to provide relative  insights into when they were overwhelmed by an advancing glacier.  3.2.2 Holocene Glacial Activity in the British Columbia Coast Mountains

 

The Coast Mountains flank the Pacific Ocean in western Canada, extending  for 1,500 km along the B.C. coastline (Ryder and Thomson 1986). This rugged high  relief mountainous terrain is characterized by glacier landforms and deposits that  reflect extended episodes of Pleistocene glaciation (Clague and James 2002).    During the late Wisconsinan glaciation the Cordilleran ice sheet mantled the  Coast Mountains, reaching its maximum size and extent around 16,500 14C years  BP (Clague 1989). Ice began to downwaste by 13,000 14C years BP and by the  beginning of the Holocene glaciers had retreated to positions similar to those  reached at the present time (Fulton 1984; Clague 1989).  

Referenties

GERELATEERDE DOCUMENTEN

Bij de leefstijlbenadering plaats je mensen niet in hokjes, maar je hebt een zekere abstractie nodig om iets te kunnen zeggen over de woonwensen van de consument.. van der Heide

3.3 indien een antwoord op een open vraag niet in het antwoordmodel voorkomt en dit antwoord op grond van aantoonbare, vakinhoudelijke argumenten als juist of gedeeltelijk

3.5 indien meer dan één voorbeeld, reden, uitwerking, citaat of andersoortig antwoord gevraagd wordt, worden uitsluitend de eerstgegeven antwoorden beoordeeld, tot maximaal

Toch kan het gebeuren dat wanneer het gezin na de vakantie het huis binnenstapt, het gezin binnen enkele seconden van alle kanten besprongen wordt door volwassen kattenvlooien. 0 0 0

Uit afbeelding 9 kan worden afgeleid dat bij taaislijmziekte door nog een andere oorzaak vet niet goed verteerd wordt.. 2 p 28 ■ ■ Wat is deze

2 p 39 ■ Geef de fysisch-geografische verklaring voor dat verschil waarbij je ingaat op zowel gebied X als gebied Y. kaart 11 Seizoensbeweging van de kudden naar hun

3.3 indien een antwoord op een open vraag niet in het antwoordmodel voorkomt en dit antwoord op grond van aantoonbare, vakinhoudelijke argumenten als juist of gedeeltelijk

5 Als in het antwoord op een vraag meer van de bovenbeschreven fouten (rekenfouten, fout in de eenheid van de uitkomst en fout in de nauwkeurigheid van de uitkomst) zijn gemaakt,